DOI: 10.1021/acsami.2c13220

本工作使用高压原位同步辐射、阻抗谱、霍尔效应测量和第一原理计算研究了压缩Ti3C2Tx MXene的结构-功能关系。当压力增加时，Ti3C2Tx MXene的电导率随着晶格收缩而增加。在0.4-2.2GPa的压力范围内，电阻急剧下降，从3.3×104Ω降至1.4×103Ω，降幅超过一个数量级。在2.2-6.6GPa的压力范围内电阻相对稳定，略微下降0.2%。当压力降至大气条件时，电阻略微增加至4.2×103Ω。同时伴随着半导体转变为金属。由于电子浓度的增加和晶界势垒的降低，电导率出现了不可逆的增加。此外，首次使用双砧液压机制备了大量经过预压力处理（0.4、2.0和4.0GPa）的Ti3C2Tx。再生样品保留了一种折叠状分层结构，晶格略微收缩，而片材之间的空隙大幅收缩，密度有所增加。相应地，基于液压机的快速淬火，电化学结果显示压力阈值为2.0GPa。这削弱了氧化还原反应中的电极化，增加了形成Ti3C2Tx阳极的离子传输速率，因为压力提高了电导率和层间致密化。总体而言，本研究为调节各种MXenes提供了一种简单且通用的新途径，也促进了MXene基材料在储能及相关领域的应用。

图1.（a）制备的Ti3C2Tx MXene和Ti3AlC2 MAX的X射线粉末衍射仪（XRPD）图案，（b）制备的Ti3C2Tx MXene的扫描电子显微镜（SEM）图像，（c,d）能量色散光谱（EDS）和元素映射，（e）透射电子显微镜（TEM）图像，以及（f）双层Ti3C2Tx的晶体示意图。

图2.（a）金刚石对顶砧示意图。（b）Ti3C2Tx在选定压力和（c）相应放大（002）峰值下的代表性XRPD图。（d）晶格参数（a、c和V）与压力的函数关系。（e）压缩过程中在0.5GPa下和压力完全释放后在0.3GPa下的（002）峰值图。

图3.（a）0.5GPa下Ti3C2Tx的阻抗奈奎斯特图，以及等效电路模拟。插图描绘了RC等效电路，其中Rgb是晶界电阻，恒相元件（CPE）是双层电容，R0是接触电阻。（b）循环压力下Ti3C2Tx的压力依赖性电阻（R）。插图是约0.69GPa以上的放大部分。（c）循环压力下的压力依耐性松弛时间（τ）。（d）压缩前后电阻与温度的函数关系。

图4.（a）1.5T磁场下Ti3C2Tx电导率（σ）、（b）载流子浓度（n）和（c）迁移率（μ）的压力和密度依赖性。

图5.（a）Ti3C2-OH的结构模型。（b）通过理论计算获得Ti3C2和Ti3C2-OH的晶格参数（a、c和V）与压力的函数关系。（c）Ti3C2和（d）Ti3C2-OH在0和4GPa选定压力下的能带结构。（e）Ti3C2和Ti3C2-OH的d和τd与压力的函数关系。（f）Ti3C2和Ti3C2-OH在0、2和4GPa时的态密度。（g）Ti3C2和（h）Ti3C2-OH在0和4GPa时的差分电荷密度。

图6.通过双砧液压机得到再生样品的实验流程图，以及锂离子电池用一次成型电极的截面图。

图7.（a）在选定压力（0.4、2.0和4.0GPa）下预处理的再生样品的XRPD图和（b）相应放大（002）峰。（c）晶格参数与预压力的函数关系。（d）傅里叶变换红外（FTIR）光谱，（e）SEM图像和相应的EDS映射。水蓝色线条是为了引导视线。

图8.（a）再生Ti3C2Tx MXenes中Ti2p和（b）C1s的高分辨率X射线光电子能谱。

图9.（a）在0.4、2.0和4.0GPa所选压力下循环利用的一次成型电极的循环容量和库仑效率，（b）不同电流密度下的倍率性能，以及（c）100次充放电循环前的电化学阻抗谱（EIS）曲线。插图是由Rs（电解液的总欧姆电阻）组成的等效电路模型；Rct，电极上的电荷转移电阻；Ws，Li+固相扩散的Warburg阻抗。（d）1C时第20次循环的恒电流充/放电曲线。